|
| 1 | +//不使用任何库函数，设计一个 跳表 。 |
| 2 | +// |
| 3 | +// 跳表 是在 O(log(n)) 时间内完成增加、删除、搜索操作的数据结构。跳表相比于树堆与红黑树，其功能与性能相当，并且跳表的代码长度相较下更短，其设计思 |
| 4 | +//想与链表相似。 |
| 5 | +// |
| 6 | +// 例如，一个跳表包含 [30, 40, 50, 60, 70, 90] ，然后增加 80、45 到跳表中，以下图的方式操作： |
| 7 | +// |
| 8 | +// |
| 9 | +// |
| 10 | +// 跳表中有很多层，每一层是一个短的链表。在第一层的作用下，增加、删除和搜索操作的时间复杂度不超过 O(n)。跳表的每一个操作的平均时间复杂度是 O(log( |
| 11 | +//n))，空间复杂度是 O(n)。 |
| 12 | +// |
| 13 | +// 了解更多 : https://oi-wiki.org/ds/skiplist/ |
| 14 | +// |
| 15 | +// 在本题中，你的设计应该要包含这些函数： |
| 16 | +// |
| 17 | +// |
| 18 | +// bool search(int target) : 返回target是否存在于跳表中。 |
| 19 | +// void add(int num): 插入一个元素到跳表。 |
| 20 | +// bool erase(int num): 在跳表中删除一个值，如果 num 不存在，直接返回false. 如果存在多个 num ，删除其中任意一个即可。 |
| 21 | +// |
| 22 | +// |
| 23 | +// |
| 24 | +// 注意，跳表中可能存在多个相同的值，你的代码需要处理这种情况。 |
| 25 | +// |
| 26 | +// |
| 27 | +// |
| 28 | +// 示例 1: |
| 29 | +// |
| 30 | +// |
| 31 | +//输入 |
| 32 | +//["Skiplist", "add", "add", "add", "search", "add", "search", "erase", "erase", |
| 33 | +// "search"] |
| 34 | +//[[], [1], [2], [3], [0], [4], [1], [0], [1], [1]] |
| 35 | +//输出 |
| 36 | +//[null, null, null, null, false, null, true, false, true, false] |
| 37 | +// |
| 38 | +//解释 |
| 39 | +//Skiplist skiplist = new Skiplist(); |
| 40 | +//skiplist.add(1); |
| 41 | +//skiplist.add(2); |
| 42 | +//skiplist.add(3); |
| 43 | +//skiplist.search(0); // 返回 false |
| 44 | +//skiplist.add(4); |
| 45 | +//skiplist.search(1); // 返回 true |
| 46 | +//skiplist.erase(0); // 返回 false，0 不在跳表中 |
| 47 | +//skiplist.erase(1); // 返回 true |
| 48 | +//skiplist.search(1); // 返回 false，1 已被擦除 |
| 49 | +// |
| 50 | +// |
| 51 | +// |
| 52 | +// |
| 53 | +// 提示: |
| 54 | +// |
| 55 | +// |
| 56 | +// 0 <= num, target <= 2 * 10⁴ |
| 57 | +// 调用search, add, erase操作次数不大于 5 * 10⁴ |
| 58 | +// |
| 59 | +// |
| 60 | +// Related Topics 设计 链表 👍 278 👎 0 |
| 61 | + |
| 62 | + |
| 63 | +package com.shuzijun.leetcode.editor.cn; |
| 64 | + |
| 65 | +import java.util.Random; |
| 66 | + |
| 67 | +/** |
| 68 | + * @author CoderDream |
| 69 | + */ |
| 70 | +public class Lc1206DesignSkiplist { |
| 71 | + |
| 72 | + public static void main(String[] args) { |
| 73 | + Skiplist skiplist = new Lc1206DesignSkiplist().new Skiplist(); |
| 74 | + } |
| 75 | + |
| 76 | + //leetcode submit region begin(Prohibit modification and deletion) |
| 77 | + class Skiplist { |
| 78 | + final int HEAD_VALUE = -1; // 链表头节点的值 |
| 79 | + final Node HEAD = new Node(HEAD_VALUE); |
| 80 | + |
| 81 | + Node head; // 最左上角的头节点，所有操作在开始位置 |
| 82 | + int levels; // 当前层级，即 head 节点所在的最高层数 |
| 83 | + |
| 84 | + public Skiplist() { |
| 85 | + head = HEAD; |
| 86 | + levels = 1; |
| 87 | + } |
| 88 | + |
| 89 | + /** |
| 90 | + * <pre> |
| 91 | + * 从 head 开始，从左到右、从上到下依次查找 |
| 92 | + * 1.小于，往右 |
| 93 | + * 2.相同，则返回 |
| 94 | + * 3.链表结尾，或大于，往下 |
| 95 | + * |
| 96 | + * </pre> |
| 97 | + * @param target |
| 98 | + * @return |
| 99 | + */ |
| 100 | + public boolean search(int target) { |
| 101 | + Node n = head; |
| 102 | + while (n != null) { |
| 103 | + // 1.在同一层级向右查找，直到链表的结尾 |
| 104 | + while (n.right != null && n.right.val < target) { |
| 105 | + n = n.right; // 向右 |
| 106 | + } |
| 107 | + // 2.若找到，返回true |
| 108 | + Node right = n.right; // 要查找的节点 |
| 109 | + if(right != null && right.val == target) { |
| 110 | + return true; |
| 111 | + } |
| 112 | + |
| 113 | + // 3.若右侧数据较大，向下一层 |
| 114 | + n = n.down; // 往下 |
| 115 | + } |
| 116 | + |
| 117 | + return false; |
| 118 | + } |
| 119 | + |
| 120 | + /** |
| 121 | + * <pre> |
| 122 | + * 插入节点，将节点插入原链表中正确的排序位置 |
| 123 | + * 1.定位插入位置：原链表中 >= num 的最小节点前 |
| 124 | + * 2.插入新节点 |
| 125 | + * 3.根据扔硬币决定（是否）生成索引 |
| 126 | + * </pre> |
| 127 | + * @param num |
| 128 | + */ |
| 129 | + public void add(int num) { |
| 130 | + // 1.定位插入位置：原链表中 >= num 的最小节点前 |
| 131 | + Node node = head; |
| 132 | + Node[] nodes = new Node[levels]; // 层级 |
| 133 | + int i = 0; // 操作上述数组 |
| 134 | + while (node != null) { // node == null, 到达原链表（第一层） |
| 135 | + while (node.right != null && node.right.val < num) { |
| 136 | + node = node.right; // 向右走 |
| 137 | + } |
| 138 | + |
| 139 | + nodes[i++] = node; |
| 140 | + |
| 141 | + // 到达原链表（第一层） |
| 142 | +// if(node.down == null) { |
| 143 | +// break; |
| 144 | +// } |
| 145 | + |
| 146 | + // 继续查找下一层的位置 |
| 147 | + node = node.down; |
| 148 | + } |
| 149 | + |
| 150 | + // 2.插入新节点 |
| 151 | + node = nodes[--i]; // nodes 中最后一个元素 |
| 152 | + |
| 153 | + Node newNode = new Node(num, node.right, null); |
| 154 | + node.right = newNode; |
| 155 | + |
| 156 | + // 3.根据扔硬币决定（是否）生成索引 |
| 157 | + addIndicesByCoinFlip(newNode, nodes, i); |
| 158 | + } |
| 159 | + |
| 160 | + /** |
| 161 | + * 抛硬币 |
| 162 | + * @param target |
| 163 | + * @param nodes |
| 164 | + * @param indices 可以创建的层数 |
| 165 | + */ |
| 166 | + private void addIndicesByCoinFlip(Node target, Node[] nodes, int indices) { |
| 167 | + Node downNode = target; |
| 168 | + // 1.抛硬币，在现有层级范围内建立索引 |
| 169 | + Random random = new Random(); |
| 170 | + int coins = random.nextInt(2); // 0 or 1, 50%概率 |
| 171 | + while (coins == 1 && indices > 0) { |
| 172 | + Node prev = nodes[--indices]; // 数组的倒数第二个元素，level 2，（循环下一次为 level 3） |
| 173 | + Node newIndex = new Node(target.val, prev.right, downNode); // newIndex指向当前节点 |
| 174 | + prev.right = newIndex; // |
| 175 | + //indices--; |
| 176 | + downNode = newIndex; // 保存新的向下节点 |
| 177 | + coins = random.nextInt(2); // 0 or 1, 50%概率 |
| 178 | + } |
| 179 | + // 2.抛硬币，决定是否建立一层超出跳表层数的索引层 |
| 180 | + if(coins == 1) { // 新建一个索引层级 |
| 181 | + // 新建索引节点和头节点 |
| 182 | + Node newIndex = new Node(target.val, null, downNode); // 新层级，右边为null，下为上一次的down节点 |
| 183 | + Node newHead = new Node(HEAD_VALUE, newIndex, head); // 头节点 |
| 184 | + head = newHead; // head 指针上移 |
| 185 | + levels++; // 跳表层数加 1 |
| 186 | + } |
| 187 | + } |
| 188 | + |
| 189 | + /** |
| 190 | + * <pre> |
| 191 | + * 遍历跳表，查找与给定值相同的节点，删除每一层 |
| 192 | + * 1.获取该指定数据节点的前一个节点 |
| 193 | + * 2.与当前层链表断开 |
| 194 | + * 3.下移，删除每一层 |
| 195 | + * </pre> |
| 196 | + * @param num |
| 197 | + * @return |
| 198 | + */ |
| 199 | + public boolean erase(int num) { |
| 200 | + boolean exist = false; |
| 201 | + Node n = head; |
| 202 | + while (n != null) { |
| 203 | + // 1.获取该指定数据节点的前一个节点 |
| 204 | + while (n.right != null && n.right.val < num) { |
| 205 | + n = n.right; // 向右 |
| 206 | + } |
| 207 | + // 2.与当前层链表断开 |
| 208 | + Node right = n.right; // 要删除的节点 |
| 209 | + if(right != null && right.val == num) { |
| 210 | + n.right = right.right; // 前一节点 指向待删除节点的后一节点 |
| 211 | + right.right = null; // help GC |
| 212 | + exist = true; |
| 213 | + } |
| 214 | + |
| 215 | + // 3.下移，删除每一层 |
| 216 | + // 删除下一层 |
| 217 | + n = n.down; |
| 218 | + } |
| 219 | + |
| 220 | + return exist; |
| 221 | + } |
| 222 | + |
| 223 | + class Node { |
| 224 | + int val; |
| 225 | + Node right, down; |
| 226 | + |
| 227 | + Node(int val) { |
| 228 | + this(val, null, null); |
| 229 | + } |
| 230 | + |
| 231 | + Node(int val, Node right, Node down) { |
| 232 | + this.val = val; |
| 233 | + this.right = right; |
| 234 | + this.down = down; |
| 235 | + } |
| 236 | + } |
| 237 | + } |
| 238 | + |
| 239 | +/** |
| 240 | + * Your Skiplist object will be instantiated and called as such: |
| 241 | + * Skiplist obj = new Skiplist(); |
| 242 | + * boolean param_1 = obj.search(target); |
| 243 | + * obj.add(num); |
| 244 | + * boolean param_3 = obj.erase(num); |
| 245 | + */ |
| 246 | +//leetcode submit region end(Prohibit modification and deletion) |
| 247 | + |
| 248 | + |
| 249 | +} |
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